Travaux Pratiques
BioPhysique
2 ème année
Année universitaire 2007 - 2008
Lounis CHEKOUR
Organisation des Travaux Pratiques
BioPhysique
Les travaux pratiques de BioPhysique constituent une interface entre les concepts théoriques acquis des cours magistraux et des travaux dirigés, et la compréhension des phénomènes physiques et leurs exploitations dans la vie professionnelle et sociale. Il est, par conséquent, indispensable que l’étudiant(e) porte un nouveau regard d’intéressement et de motivation sur les travaux pratiques.
Il est nécessaire de bien étudier le polycopié avant d'effectuer les séances de TP, sans quoi vous manquerez de temps et ne ferez ni manipulation ni compte-rendu satisfaisants.
Pour pouvoir mener à bien le travail demandé et en tirer le maximum de profit (enseignement et note) il est conseillé:
De lire attentivement la manipulation décrite dans le polycopié,
De se munir du nécessaire (crayon, stylos, règle, gomme, calculatrice, feuilles millimétrés,…
D’identifier, à chaque début de manipulation les éléments de la manipulation,
De savoir exactement les paramètres (sens physique et ordre de grandeur) que vous mesurez,
D’effectuer vos mesures et erreurs avec le plus grand soin,
De faire appel à l’enseignant sans hésitation, en cas de besoin,
De ne pas manquer de se donner un temps d’arrêt après avoir terminer les mesures pour « les regarder » d’un œil critique et de décider si celles-ci sont cohérentes ou aberrantes. Dans ce dernier cas, chercher l’origine de l’erreur qui peut être instrumentale, de calcul ou de manipulation. En cas de blocage faites appel à l’enseignant,
De se comporter de façon simple et naturelle, de manière à faciliter la communication avec les enseignant€s et vos camarades étudiant(e)s.
De dessiner proprement vos courbes en choisissant correctement les échelles.
Assiduité
La Présence aux séances de TP est obligatoire. L’étudiant(e) absent(e) aura la possibilité de rattraper son TP raté. Mais sa note sera diminuée systématiquement de 5 à 10 points, selon le justificatif.
Les changements de groupe sont interdits au cours du semestre.
Compte rendu, Examination
Le volume horaire des séances de TP est de 2 heures.
Chaque étudiant(e) doit rendre le compte rendu de son travail impérativement à la fin de chacune des manipulation s
Des interrogations, de 10 minutes, seront organisées avant chaque séance de TP pour tester l’étudiant(e) sur la préparation de sa manipulation. Les notes correspondantes seront comptabilisées avec celles des comptes rendus et du contrôle final.
Le TP n’est le parent pauvre du module.
Il n’est pas conçu pour remonter ou gonfler les notes de contrôles continus.
Mais il constitue une partie indispensable à la compréhension et à l’acquisition du module.
RAPPELS MATHEMATIQUES - Incertitudes dans les mesures
Toute mesure d'une grandeur physique présente inévitablement une incertitude. Elle résulte de diverses erreurs qui peuvent être classées en deux grandes catégories: les erreurs systématiques, qui se produisent toujours dans le même sens et les erreurs aléatoires, qui sont variables en grandeur et en sens et dont la moyenne tend vers zéro.
L'origine de ces erreurs provient essentiellement de trois facteurs:
- l'expérimentateur ;
- l'appareil de mesure (fidélité, sensibilité et justesse) ; - la méthode de mesure.
Il convient de chercher à éliminer les erreurs systématiques et d'évaluer les erreurs aléatoires.
On peut essayer d'estimer l'incertitude a priori sur une détermination "unique", mais
en s'appuyant sur une bonne connaissance du système.
On peut étudier la précision globale d'une mesure à partir d'une étude statistique.
La deuxième méthode pourra être utilisée pour l'interprétation au niveau d'un groupe. Il est bien clair qu'une étude statistique ne sera d'aucun secours pour traiter des erreurs systématiques.
- Incertitude sur une mesure directe
a)Incertitude absolue
Elle représente la plus grande valeur absolue de l'erreur commise sur une mesure. Si g est le résultat de la mesure G, l'incertitude absolue sera notée g. Nous écrirons:
G = g g ou g - g G g + g.
b) Incertitude relative (taux d'incertitude)
On souhaite comparer la précision de deux mesures ; on considère pour cela la quantité g / g. La mesure est d'autant plus précise que ce rapport est faible. On l'exprime souvent en %.
- Incertitude sur une grandeur calculée
Le plus souvent, on veut déterminer une grandeur G qui dépend de grandeurs X, Y, ...
mesurables. On dispose alors d'une relation g = f(x, y,...) et il nous faut déterminer g connaissant f(x, y,...), x, y, x, y,... On peut y parvenir assez facilement en ne considérant que les variations au premier ordre, approximation acceptable si x, y,... sont petits par rapport à x, y,..., et utiliser le calcul différentiel. Il y a deux règles simples à mettre en œuvre et facile à démontrer: les incertitudes relatives (en %) des deux facteurs d'une multiplication ou d'une division s'ajoutent, les incertitudes absolues des deux termes d'une somme ou d'un produit s'ajoutent.
Par la suite, pour simplifier, nous considérerons une grandeur G dont la valeur g dépend des deux mesures x et y supposées indépendantes ; f(x, y) est supposée être alors une différentielle totale exacte, d'où:
y dy dx g
x
dg ( g)y ( )x
Le passage à l'incertitude absolue consiste à prendre la somme des valeurs absolues:
y y x g x
g g y x
Quelques exemples:
g = A x + B y dg = A dx + B dy g = A x + B y.
g = A x - B y dg = A dx - B dy g = A x + B y.
Pour des expressions du type produit ou rapport, il est commode de faire appel à une différenciation logarithmique:
g = A x y ln g = ln A + ln x + ln y dg/g = dx/ x + dy/y
g = A x/y ln g = ln A + ln x - ln y dg/g = dx/x - dy/y
Toute expression plus complexe pourra être traitée comme une combinaison des quatre exemples présentés ou bien directement en la différenciant. Ces méthodes sont souvent implantées directement dans des programmes informatiques de traitement statistique de données expérimentales.
- Présentation des résultats
Une estimation des incertitudes nous conduit à limiter le nombre de chiffres significatifs quand on annonce le résultat d'une détermination expérimentale. Le dernier chiffre donné doit être le premier entaché d'erreur.
Exemples:
Une longueur de 1 mètre mesurée à un millimètre près devra s'écrire : L = 1,000 m.
Un volume de 30 millilitres mesuré à un dixième de millilitre près s'écrira : V = 30,0 m ℓ.
Si le résultat d'un calcul numérique fournit par exemple une valeur de 0,364852 mol. ℓ-1 avec une incertitude absolue de 0,017 mol.ℓ-1, on l'écrira: c = 0,365 mol.ℓ -1 à 0,02 mol.ℓ -1 près.
- Unités de mesure en physique.
Unités du Système international
Le Système international compte sept unités de base : le mètre, le kilogramme, la seconde, l'ampère, le kelvin, la mole et la candela, supposées quantifier des grandeurs physiques indépendantes. Chaque unité possède en outre un symbole (dans l'ordre pour les unités de base : m, kg, s, A, K, mol et cd).
De ces unités de base on déduit des unités dérivées, par exemple l'unité de vitesse du système international, le mètre par seconde. Certaines de ces unités possèdent un nom particulier.
Il existe également des préfixes officiels permettant de désigner les unités multiples et sous-multiples d'une unité. Par exemple, le sous-multiple du mètre valant 0,01m est appelé centimètre (symbole cm) puisque le préfixe correspondant à 10-2 est centi-.
Les unités de mesure (en physique) sont la base de toute représentation qualitative d'un phénomène. Elles permettent d'établir le lien entre la réalité et un modèle par le biais d'une échelle de mesure linéaire.
Dans le tableau ci-dessous, la colonne « Unité SI » donne l'unité en système international qui permet d'exprimer la grandeur considérée.
Grandeur Nom Symbole Unité SI
courant électrique ampère A A
charge électrique coulomb C A.s
angle degré ° rad
température degré Celsius °C K
énergie joule J kg·m2/s2
température kelvin K K
masse kilogramme kg kg
volume litre L m³
longueur mètre m m
force newton N kg.m.s-2
Pression Pascal Pa N.m-²=kg.m-1.s-2
champ magnétique tesla T kg.s-2.A-1
Temps seconde s s
Résistance électrique Ohm Ώ Kg.m2.s-3.A-2
potentiel électrique volt V kg.m².s-3.A-1
puissance watt W kg.m².s-3
Conductance Siemens Ώ-1 Siemens (S) Kg-1.m-2.s+3.A+2 = V-1.A+11 Conductivité Siemens/mètre Ώ-1.m-1(S. m-1) Kg-1.m-3.s+3.A+2 Conductivité molaire S.m².mole-1 Ώ-1.m2 mole-1 Kg-1.m-2.s+3.A+2
Viscosité Poiseuille Pl kg.m-1.s-1m²&.mole-1
Tension superficielle Force par unité de
longueur N. m-1 Kg..s-2
Conversion des unités : Exemple de la longueur.
Nom Symbole Équivalence
mètre m (Unité de base du SI)
centimètre cm ≡ 10-2m = 102 μm
millimètre mm ≡ 10-3m = 103 μm
micromètre, Micron μ ≡ 10-6m = 1 μm
nanomètre nm ≡ 10-9m = 10 μm
ångström Å ≡ 10-10m = 0,1 nm =104 μm
